JP5806016B2

JP5806016B2 - 粉体塗料および粉体塗装方法

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Publication number: JP5806016B2
Application number: JP2011148988A
Authority: JP
Inventors: 顕宣橋本; 正規加藤
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: JP2013014701A

Description

本発明は、粉体塗料および粉体塗装方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金属部材への塗膜の密着性に優れ、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を用いる金属部材の粉体塗装方法に関するものである。

金属への耐食性付与技術として、環境を配慮した粉体塗装が広く行われている。この粉体塗装に用いられる粉体塗料は、有機溶剤または水のような液体溶剤を使用せずに粉末の状態で塗装する塗料で、しいていえば空気を溶剤とした塗料であるともいえる。

粉体塗料は、溶剤類を一切使用しないため火災の危険がなく、固形分１００％の塗料であり、塗料は回収して再使用できるので、塗装に際して塗料の損失が少ない。また粉体塗料は、一度に厚く塗れ、１００〜１０００μｍの塗膜厚が１回塗りで得られるなどの長所を持っている。したがって、使用分野、適用範囲も徐々に拡大しており、使用される粉体塗料についても、各種防食顔料、フィラーが添加され、性能向上が図られている。
例えば、特許文献１には、フィラーとしてアルミニウムフレークを含有し、メッキ調のメタリック色を発色させるのに適した粉体塗料組成物が開示されている。

しかしながら、フィラーとしてアルミニウムフレークを用いた粉体塗料組成物においては、塗料成分とフィラー粒子であるアルミニウムフレーク表面との親和性が低いことに起因して、フィラー粒子間に塗料成分が流入しにくく、塗膜とした際の欠陥の形成や、耐食性低下、塗膜と被塗物（金属部材）との密着性低下などが生じやすいという問題があり、その解決が求められている。

特開２０１０−１８９５９８号公報

本発明は、このような事情のもとで、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上の問題および塗膜欠陥の問題も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を用いる金属部材の塗装方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、化成処理されたアルミニウムフレークを含む粉体塗料、および該粉体塗料を用いて、金属部材を静電塗装する粉体塗装方法により、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子とを含み、化成処理されたアルミニウムフレークの含有量が粉体塗料１００体積％に対して１．０〜３．５体積％であり、化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料１００体積％に対して６〜２８体積％であり、化成処理されたアルミニウムフレークの体積Ｖ _Ａｌに対する亜鉛粒子の体積Ｖ _Ｚｎの比率Ｖ _Ｚｎ／Ｖ _Ａｌが１／１〜１７／１であることを特徴とする粉体塗料、
（２）化成処理されたアルミニウムフレークが、平均厚み（ｔ）０．０１〜１μｍ、平均長径５〜４０μｍである、（１）項に記載の粉体塗料、
（３）亜鉛粒子が化成処理されていないものまたは化成処理されたものである、（１）項に記載の粉体塗料、
（４）化成処理がリン酸塩処理である、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の粉体塗料、
（５）リン酸塩処理がリン酸亜鉛処理またはリン酸アルミニウム処理である、（４）項に記載の粉体塗料、
（６）（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする粉体塗装方法、
（７）金属部材が化成処理されたものである、（６）項に記載の粉体塗装方法、および
（８）金属部材が鋼材である、（６）項または（７）項に記載の粉体塗装方法、
を提供するものである。

本発明によれば、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上の問題および塗膜欠陥の問題も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を金属部材に静電塗装する粉体塗装方法を提供することができた。

［粉体塗料］
まず、本発明の粉体塗料について説明する。
本発明の粉体塗料は、化成処理されたアルミニウムフレーク（以下、化成処理アルミニウムフレークと称することがある）を含むことを特徴とする。

本発明の粉体塗料において必須成分として用いられる化成処理アルミニウムフレークは、特定の薬剤を用いてアルミニウムフレークを化成処理して得られたものであり、特に薬剤としてリン酸塩を用いてアルミニウムフレークを化成処理して得られたものが好ましい。リン酸塩としてはリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛などが好ましく用いられる。

アルミニウムフレークのリン酸塩を用いる化成処理は、例えばアルミニウムフレークをアセトンなどの有機溶剤で脱脂処理し、乾燥した後、適宜量のアルミニウムフレークをリン酸塩含有処理液中に加え、常温〜５０℃の温度で、１〜５分間程度浸漬処理した後、乾燥させることにより行うのが好ましい。

このようにして得られた化成処理アルミニウムフレーク表面の化成処理皮膜の厚さは化成処理条件により変動するが、通常０．０５〜３μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。

本発明の粉体塗料は、アルミニウムフレークを化成処理して得た化成処理アルミニウムフレークを用いることにより、アルミニウムフレークの表面と粉体塗料における塗膜形成成分である樹脂との親和性が向上し、塗装品の塗膜欠陥発生を抑制すると共に、アルミニウムフレークの表面が保護されて変質しにくいので、塗膜の耐食性が向上し塗膜の光沢を長時間保持することができる。

化成処理が施されるアルミニウムフレークとしては、特に限定されるものではなく塗料用として用いられるものの純度は９９．５％以上が好適である。

化成処理アルミニウムフレークは、平均厚み（ｔ）が０．０１〜１μｍ、平均長径が５〜４０μｍであるものが好ましい。

平均厚み（ｔ）の好ましい範囲が０．０１〜１μｍである理由は、０．０１μｍ未満であると、機械的強度が不足してアルミニウムフレークが折れやすくなり、一方、１μｍを超えると、光の反射を弱め、光沢性が低下するのに対し、０．０１〜１μｍであると、このような問題が少ないからである。平均厚み（ｔ）は０．０５〜０．８μｍであるのがより好ましく、０．１〜０．５μｍであるのが特に好ましい。ここに平均厚み（ｔ）は、電子顕微鏡を用いて測定されるものである。

平均長径の好ましい範囲が５〜４０μｍである理由は、５μｍ未満であると、光沢性が不十分であり、一方、４０μｍを超えると、塗膜表面にブツが生じるのに対し、５〜４０μｍであると、このような問題が少ないからである。平均長径は５〜３０μｍであるのがより好ましく、５〜２０μｍであるのが特に好ましい。ここに平均長径は、電子顕微鏡を用いて測定されるものである。

化成処理アルミニウムフレークの含有量は粉体塗料１００体積％に対して１．０〜３．５体積％であるのが好ましい。

化成処理アルミニウムフレークの含有量が１．０体積％未満であると、塗膜外観上の問題が生じやすく、一方、３．５体積％を超えると、塗膜欠陥が形成しやすくなるのに対し、１．０〜３．５体積％であるとこのような問題が少ないからである。

本発明の粉体塗料は、必須成分である化成処理アルミニウムフレークとともに、必要により亜鉛粒子を含むことができる。

この亜鉛粒子の平均粒子径（Ｄ_５０）は、１〜１５μｍ程度であることが好ましい。平均粒子径（Ｄ_５０）が１μｍ未満であると、必要な膜厚が得られなくなり、一方、１５μｍを超えると、耐食性が低下するのに対し、１〜１５μｍであると、このような問題が少ないからである。より好ましい平均粒子径（Ｄ_５０）は１〜１０μｍの範囲である。

本発明の粉体塗料に必要に応じて含有される亜鉛粒子は、化成処理されていないものおよび化成処理されたもののいずれも用いることができる。

亜鉛粒子の化成処理は、上述のアルミニウムフレークの化成処理と同様に、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウムを用いて行うのが好ましく、亜鉛粒子の前処理および化成処理の条件も、アルミニウムフレークの代わりに亜鉛粒子を用いたこと以外はアルミニウムフレークの前処理および化成処理の条件と同様である。

このようにして得られた化成処理された亜鉛粒子表面の化成処理皮膜の厚さは、通常０．０５〜３μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。

本発明の粉体塗料において、化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子とを用いる場合、化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料１００体積％に対して６〜２８体積％であるのが好ましい。６体積％未満では、耐食性の向上が期待できず、２８体積％を超えると、塗膜欠陥が形成しやすくなるのに対し、６〜２８体積％であると、このような問題が少ないからである。化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量は１０〜２４体積％であるのがより好ましく、１４〜２２体積％であるのが特に好ましい。

また化成処理アルミニウムフレークの体積Ｖ_Ａｌに対する亜鉛粒子の体積Ｖ_Ｚｎの比率Ｖ_Ｚｎ／Ｖ_Ａｌは、化成処理アルミニウムフレークの含有量が少ないと塗膜外観上の問題が生じやすく、アルミニウムフレークの含有量が多い場合には塗膜欠陥が発生しやすいことから、１／１〜１７／１であることが好ましく、１／１〜１４／１がより好ましく、１／１〜１０／１が特に好ましい。

本発明の粉体塗料は、必須成分として、前述の化成処理アルミニウムフレークを、任意成分として亜鉛粒子を含むものであるが、塗膜形成成分として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が通常用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられ、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、熱硬化性ポリウレタン系樹脂、熱硬化性アクリル系樹脂などが挙げられるが、防湿性、さび止め性、防食性の持続性の観点から、金属部材表面への焼付け硬化が行える点で、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂を含む粉体塗料においては、必要に応じ、含有される熱硬化性樹脂に応じた硬化剤を含むことができる。

本発明の粉体塗料の平均粒径は、静電塗装性、塗膜形成性の観点から、１０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜８０μｍであることがより好ましく、３０〜６０μｍであることがさらに好ましい。

［粉体塗装方法］
次に、本発明の粉体塗装方法について説明する。
本発明の粉体塗装方法は、前述した本発明の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする。

本発明の粉体塗装方法が適用される金属部材を構成する金属としては、構造材、機械部品などとして使用される全ての金属や合金などが挙げられるが、特に多量に使用される鉄、アルミニウム、銅が好適であり、中でも鉄（鋼材）が代表的な金属である。

これらの金属部材は、粉体塗装が施される前に表面に付着している油分を除去するための脱脂処理、脱脂後の水洗処理、後工程である化成処理における化成皮膜の形成を良好に行うための表面調整処理、および、防食性や耐摩耗性を向上させるための化成処理（例えばリン酸塩化成処理）、および化成処理後の水洗処理という塗装前処理工程が通常施される。本発明の粉体塗装方法においては、金属部材として、化成処理されたものを用いることができる。

粉体塗装方法としては、静電塗装法および流動浸漬塗装法があるが、塗着効率が高く、また均一に塗装できる点などから、本発明の粉体塗装方法においては、静電塗装法が用いられる。この静電塗装法は、接地した被塗物（金属部材）を陽極、塗料噴霧装置を陰極として高電圧を与え、両極間に静電場を作り、その中に塗料を飛散させて帯電せしめ、反対極である被塗物に吸引させて塗膜を作る方法である。

静電塗装法は、電気的吸引作用によって塗料を付着させることから、塗料のロスが少なく、肉のりの悪い突出部や周辺部で厚い塗膜が得られる上、作業に人手をほとんど要しないなどの利点がある。静電粉体塗装機としては、市販のものを利用することができる。またその後の粉体塗装後の焼付け処理は、大気中で、１５０〜２００℃で２０〜６０分行えばよい。

このようにして、金属部材上に、密着性および耐食性に優れた塗膜を形成することができる。この塗膜の厚さは、用途によって異なるが、通常２０〜１５０μｍ程度、好ましくは３０〜１００μｍである。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。

なお、実施例、比較例で得られた塗膜の性能は、以下に示す方法に従って評価した。
（１）密着性
ＪＩＳＫ５６００−５−６に準拠して基盤目試験を行い、密着性を評価した。
（２）耐食性
ＪＩＳＫ２３７１に準拠して、２４０時間の塩水噴霧試験を行い、耐食性を評価した。
（３）光沢度
ＪＩＳＺ８７４１、ＪＩＳＫ５６００−４−７に準拠して、ハンディ型光沢計（日本電色工業社製、機種名「ＰＧ−１Ｍ」）を用い、角度６０°にて測定した。光沢保持率は、上記耐食性試験前後の光沢度測定結果を用いて以下の式より求めた。
光沢保持率（％）＝（試験後の光沢度／試験前の光沢度）×１００
（４）塗膜外観
目視観察により、優れて良好（◎）、良好（○）、不良（×）の評価を行った。

実施例１
（１）粉体塗料の作製
アルミニウムフレーク（平均長径１５μｍ、平均厚み（ｔ）０．２μｍ、大和金属粉工業社製、商品名「スーパーファインＮｏ．２２０００」）５０ｇをアセトンにて脱脂処理し、乾燥後、リン酸亜鉛処理液（日本パーカライジング社製、商品名「ＢＴ−３００４」）２５０ｍｌ中に４０℃で２分間浸漬したのち、純水で洗浄し、次いで８０℃で８時間乾燥処理して、化成処理アルミニウムフレークを得た。
次に、この化成処理アルミニウムフレークをエポキシ樹脂（トウペ社製、商品名「トアパウダー♯１０００」）に二軸押出機にて１１０℃で混練して分散混合し、化成処理アルミニウムフレーク１．０体積％を含有する塊状樹脂を得た。この塊状樹脂をピンミルにて粉砕し、平均粒径５５μｍの粉体塗料を作製した。

（２）粉体塗料塗装品の作製
被塗物である金属部材として、鉄系部材である熱間圧延鋼板（ＳＰＨＣ板：１００ｍｍ×１００ｍｍ×３．６ｍｍ）を用い、これをアセトンで洗浄した後、表面調整処理（日本パーカライジング社製、商品名「ＰＬ−４０３１」液中に２５℃３０秒浸漬）、次いでリン酸亜鉛処理（日本パーカライジング社製、商品名「ＢＴ−３００４」液中に４５℃３分浸漬）を行って皮膜質量３ｇ／ｍ^２のリン酸亜鉛皮膜を形成させた。
次に、リン酸亜鉛処理後の熱間圧延鋼板に上記（１）で作製した粉体塗料を、コロナ自動ガン（旭サナック社製、機種名「Ｘ−２ａ」、コロナ帯電方式）にて、塗付したのち、大気加熱炉にて、１８０℃、３０分間焼付け処理を行い、厚さ７０μｍの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表１に示す。

比較例１
実施例１の（１）において、リン酸亜鉛処理アルミニウムフレークの代わりに、リン酸亜鉛処理をしていないアルミニウムフレークを用いた以外は、実施例１と同様な操作を行い、厚さ７０μｍの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表１に示す。

実施例１および比較例１の結果より、化成処理アルミニウムフレークを用いた塗装品は、化成処理していないアルミニウムフレークを用いた塗装品に比べて、光沢保持率が優れていることが明らかとなった。

実施例２
実施例１において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに、化成処理アルミニウムフレークとともに、アセトンにて脱脂処理し乾燥して得た亜鉛粒子（平均粒子径７μｍ、高純度化学研究所社製、商品名「ＺＮＥ０１ＰＢ」）を用い、化成処理アルミニウムフレークの含有量（Ｖ_Ａｌ体積％）、亜鉛粒子の含有量（Ｖ_Ｚｎ体積％）、両者の合計含有量（Ｖ_Ａｌ＋Ｖ_Ｚｎ）および両者の比率（Ｖ_Ｚｎ／Ｖ_Ａｌ）を表２に示すように設定した以外は、実施例１と同様な操作を行って７種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ７０μｍの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表２に示す。

実施例３
実施例２において、化成処理をしていない亜鉛粒子の代わりに、実施例１におけるアルミニウムフレークの化成処理と同様なリン酸亜鉛処理（亜鉛粉末１５０ｇに対して、リン酸亜鉛処理液２５０ｍｌ使用）を行って得た化成処理亜鉛粒子を用いた以外は、実施例１と同様な操作を行って７種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ７０μｍの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表３に示す。

比較例２
実施例２において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに、アセトンで脱脂処理後、化成処理をしていないアルミニウムフレークを用いた以外は、実施例２と同様な操作を行って５種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ７０μｍの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表４に示す。

表２、表３および表４の結果より、下記のことが明らかとなった。
（ｉ）化成処理アルミニウムフレークの体積％（Ｖ_Ａｌ）と亜鉛粒子の体積％（Ｖ_Ｚｎ）との合計含有量（Ｖ_Ａｌ＋Ｖ_Ｚｎ）が、本発明の所望範囲６〜２８体積％に含まれる６．０〜２８．０体積％であり、比率（Ｖ_Ｚｎ／Ｖ_Ａｌ）が、本発明の所望範囲である１／１〜１７／１に含まれる１．４／１〜１６．７／１である実施例２および実施例３においては、亜鉛粒子が化成処理されていない場合（表２の実施例２）および化成処理されている場合（表３の実施例３）のいずれにおいても塗膜の密着性試験、耐食性試験、塗膜外観、耐食性試験前と後の光沢度、光沢保持率のいずれにおいても優れているが、化成処理した亜鉛粒子を用いた表３の実施例３が化成処理されていない亜鉛粒子を用いた表２の実施例２よりも耐食性試験後の光沢度、光沢保持率に優れている。

（ii）実施例２において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに化成処理されていないアルミニウムフレークを用いた表４の比較例２においては、すべての試験項目が実施例２に比べて劣っていた。

本発明の粉体塗料は、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上および塗膜欠陥も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能であり、例えば自動車用ディスクブレーキのブレーキパッドやドラムブレーキのバッキングプレートなどの塗装に好適に適用できる。

Claims

化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子とを含み、化成処理されたアルミニウムフレークの含有量が粉体塗料１００体積％に対して１．０〜３．５体積％であり、化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料１００体積％に対して６〜２８体積％であり、化成処理されたアルミニウムフレークの体積Ｖ _Ａｌに対する亜鉛粒子の体積Ｖ _Ｚｎの比率Ｖ _Ｚｎ／Ｖ _Ａｌが１／１〜１７／１であることを特徴とする粉体塗料。
化成処理されたアルミニウムフレークが、平均厚み（ｔ）０．０１〜１μｍ、平均長径５〜４０μｍである、請求項１に記載の粉体塗料。
亜鉛粒子が化成処理されていないものまたは化成処理されたものである、請求項１に記載の粉体塗料。
化成処理がリン酸塩処理である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉体塗料。
リン酸塩処理がリン酸亜鉛処理またはリン酸アルミニウム処理である、請求項４に記載の粉体塗料。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする粉体塗装方法。
金属部材が化成処理されたものである、請求項６に記載の粉体塗装方法。
金属部材が鋼材である、請求項６または７に記載の粉体塗装方法。